[發明專利]一種MXene/導電聚合物復合氣凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201710766289.1
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN108530889B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 徐斌;胡龍豐
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08L79/02
• 分類號: C08L79/02;C08L79/04;C08L65/00;C08K3/14;C08J9/26;C08J9/28
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本發明公開了一種MXene/導電聚合物復合氣凝膠，所述MXene/導電聚合物復合凝膠為片層狀MXene插入導電聚合物凝膠形成一體化三維網格結構；所述導電聚合物為聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的一種或幾種。本發明還公開了一種MXene/導電聚合物復合氣凝膠的制備方法，在惰性氣體保護下，高溫MXene和導電聚合物混合有機溶液，通過急劇降溫，使其在熱誘導以及溶劑誘導雙重作用下進行相分離，真空干燥得到MXene/導電聚合物復合氣凝膠。

技術領域

本發明涉及一種MXene/導電聚合物復合氣凝膠及其制備方法。

背景技術

二維材料由于具有大的表面積和幾個原子層厚度的二維平面結構，如石墨烯、六方BN、MoS₂、硅烯等，表現出來的優異性能受到廣泛的關注。2001年，美國Drexel大學研究發現了另一類新型二維材料過渡金屬碳化物或氮化物MXene。該材料具有良好的導電性、化學和結構穩定性，將其作為超級電容器電極材料，具有很好的發展前景。但是其比表面積不高，從而質量比電容偏低。因此，對MXene材料進行深入研究，制備高比表面積二維材料具有重要意義。

導電聚合物作為常用的三種電極材料之一，其具有高的導電性能、生產成本較低，且的能量密度膏、自放電小，因此廣泛的應用于超級電容器。目前常用的導電聚合物電極材料主要有：聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯等，這類材料在充放電過程中是通過離子的嵌入和脫出產生贗電容來儲能。但是，這一過程會破壞材料本身的的物理結構而產生較大的體積膨脹，進而影響材料的循環性能。其次，材料內部離子遷移速度慢、大電流放電性能差以及功率不高。因此，許多研究者通過導電聚合物與石墨烯等納米材料復合來抑制其體積膨脹，從而改善整體材料的循環性能。

氣凝膠作為一種由納米顆粒相連所構成的三維網狀結構固態材料，由于它具有超低的密度、大的孔體積，以及高的比表面積使得其應用于很多領域，如探能量儲存、電容器、吸附、催化劑以其載體。一般來說，氣凝膠制備分為三個步驟：通過溶膠凝膠過程制備濕凝膠；溶劑交換除去網絡空隙中表面張力較大的溶劑；干燥除去所有溶劑制得氣凝膠。

發明內容

（一）發明目的

針對以上技術問題，本發明提供了一種通過控制反應條件制備MXene/導電聚合物復合氣凝膠的方案。利用MXene的片層狀結構與導電聚合物鍵合作用緩解導電聚合物在反應過程中體積膨脹。另外，導電聚合物存在于MXene片層間，防止多個MXene片層堆疊而降低MXene表面利用率。

（二）技術方案

本發明第一方面提供了一種MXene/導電聚合物復合氣凝膠，所述MXene/導電聚合物復合凝膠為片層狀MXene插入導電聚合物凝膠鍵合形成一體化三維多孔結構；所述導電聚合物為聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的一種或幾種。

本發明第二方面提供了一種MXene/導電聚合物復合氣凝膠的制備方法，包括如下步驟：

（1）以Ti₃AlC₂為原材料，通過刻蝕制備MXene水溶液，然后進行冷凍干燥或抽濾后常溫真空干燥得到MXene固體；

（2）將MXene固體溶解在有機溶劑中，配制成0.5~5mg/mL的溶液；

所述有機溶劑為NMP（N-甲基吡咯烷酮）、DMF（N,N-二甲基甲酰胺）、DMSO（二甲基亞砜）中的一種或幾種；

（3）將導電聚合物加入（2）中的MXene有機溶液，通入惰性氣體，加熱80~120℃攪拌反應1~5h，得到MXene/導電聚合物均相混合溶液；

所述MXene與導電聚合物按質量比為1:3~20計算；惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣、氖氣中的任意一種或幾種的混合；